Особенности дефектной структуры кристаллов LiNbO3:Cu и их проявление в спектре ИК-поглощения в области валентных колебаний атомов водорода ОН- -групп

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Методом спектроскопии ИК-поглощения в области валентных колебаний ОН --групп исследованы кристаллы LiNbO 3: Cu (0,005 мас.%), LiNbO 3: Cu (0,015 мас.%), LiNbO 3: Cu (0,022 мас.%), LiNbO 3: Cu (0,042 мас.%), LiNbO 3: Cu (0,46 мас.%), выращенные методом Чохральского по технологии прямого легирования шихты конгруэнтного состава. Обнаружено, что регистрируемые полосы поглощения в инфракрасном спектре в диапазоне частот 3469-3490 см-1 связанны c отклонением состава кристалла LiNbO 3: Cu от стехиометрического, вследствие дефицита катионов Li + в его структуре. Вхождение легирующей примеси Cu 2+ приводит к разупорядочению катионной подрешетки и заметной деформации кислородных октаэдров, за счет увеличением длин связи О - О . При этом в ИК-спектре регистрируется новая полоса поглощения с частотой 3487 см-1, соответствующая комплексному дефекту VLi-ОН . Расчет объемной концентрации ОН--групп показал наибольшее значение для кристаллов LiNbO 3: Cu (0,005 мас.%), LiNbO 3: Cu (0,015 мас.%) LiNbO 3: Cu (0,022 мас.%). Данные изменения происходят вследствие одновременного формирования в структуре кристалла двух видов комплексных дефектов: CuLi+-ОН-CuNb3- и VLi-ОН . Изменение механизма вхождения легирующей примеси в структуру кристалла LiNbO 3: Cu (0,042 мас.%) приводит к уменьшению концентрации ОН --групп.

Об авторах

Николай Васильевич Сидоров

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева - обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН

д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник с исполнением обязанностей заведующего, сектор колебательной спектроскопии, лаборатория материалов электронной техники

Любовь Александровна Бобрева

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева - обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН; Мурманский арктический университет

Email: l.bobreva@ksc.ru
к.т.н., научный сотрудник, сектор колебательной спектроскопии лаборатории материалов электронной техники, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева - обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр Российской академии наук»; доцент кафедры физики, биологии и инженерных технологий ФГАОУ ВО «Мурманский арктический университет»

Михаил Николаевич Палатников

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева - обособленное подразделение ФГБУН Федерального исследовательского центра «Кольский научный центр РАН

д.т.н., главный научный сотрудник с сохранением обязанностей заведующего, лаборатория материалов электронной техники

Александр Юрьевич Пятышев

Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН

к.ф.-м.н., старший научный сотрудник, лаборатория комбинационного рассеяния света

Михаил Константинович Тарабрин

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

к.т.н., научный сотрудник лаборатории

Андрей Алексеевич Бушунов

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

научный сотрудник лаборатории

Список литературы

  1. Kovács, L. New trends in lithium niobate: from bulk to nanocrystals / L. Kovács, G. Corradi // Crystals. - 2021. - V. 11. - I. 11. - Art. № 1356. - 4 p. doi: 10.3390/cryst11111356.
  2. Qi, Y.Integrated lithium niobate photonics / Y. Qi, Y. Li // Nanophotonics. -2020. - V. 9. - I. 6. - P. 1287-1320. doi: 10.1515/nanoph-2020-0013.
  3. Сидоров, Н.В. Ниобат лития: дефекты, фоторефракция, колебательный спектр, поляритоны / Н.В. Сидоров, Т.Р. Волк, Б.Н. Маврин, В.Т. Калинников. - М.: Наука, 2003. - 255 с.
  4. Палатников, М.Н. Фундаментальные аспекты технологии сильно легированных кристаллов ниобата лития / М.Н. Палатников, Н.В. Сидоров, О.В. Макарова, И.В. Бирюкова. - Апатиты: КНЦ РАН, 2017. - 241 с.
  5. Lеngyel, K. Growth, defect structure, and THz application of stoichiometric lithium niobate / K. Lengyel, Á. Péter, L. Kovács et al. // Applied Physics Reviews. - 2015. - V. 2. - I. 4. - Р. 040601-1-040601-28. doi: 10.1063/1.4929917.
  6. Shur, V.Ya. Micro- and nano-domain engineering in lithium niobate / V.Ya. Shur, A.R. Akhmatkhanov, I.S. Baturin // Applied Physics Reviews. - 2015. - V. 2. - I. 4. - Р. 040604-1-040604-22. doi: 10.1063/1.4928591.
  7. Iyi, N.Comparative study of defect structures in lithium niobate with different compositions / N. Iyi, K. Kitamura, F. Izumi et al. // Journal of Solid State Chemistry. - 1992. - V. 101. - I. 2.- P. 340-352. doi: 10.1016/0022-4596(92)90189-3.
  8. Cabrera, J.M. Hydrogen in lithium niobate /j.M. Cabrera, J. Olivares, M. Carrascosa et al. // Advances in Physics. - 1996. - V. 45. - I. 5. - P. 349-392. doi: 10.1080/00018739600101517.
  9. Kovács, L. On the lattice site of trivalent dopants and the structure of Mg2+ -OH- -M3+ defects in LiNbO3:Mg crystals / L. Kovács, L. Rebouta, J. C. Soarest et al. // Journal of Physics: Condensed Matter. - 1993. - V. 5. - I. 7. - P. 781-794. doi: 10.1088/0953-8984/5/7/006.
  10. Kaczmarek, S.M. Thermal and radiation stability of pure and doped with Cu, Fe and Cr ions lithium niobate single crystals for optical applications / S.M. Kaczmarek // Ferroelectrics. - 2001. - V. 256. - I. 1. - P. 175-188. doi: 10.1080/00150190108015982.
  11. Pracka, I. Growth and characterization of LiNbO3 single crystals doped with Cu and Fe ions / I. Pracka, A. L. Bajor, S. M. Kaczmarek et al.// Crystal Research and Technology: Journal of Experimental and Industrial Crystallography. - 2019. - V. 34. - I. 5-6. - P. 627-634. doi: 10.1002/(SICI)1521-4079(199906)34:5/6<627::AID-CRAT627>3.0.CO;2-0.
  12. Sugak, D. Optical investigation of the OH- groups in the LiNbO3 doped by copper / D. Sugak, U. Yakhnevych, I.I. Syvorotka et al. // Integrated Ferroelectrics. - 2019. - V. 196. - I. 1. - P. 32-38. doi: 10.1080/10584587.2019.1591981.
  13. Kruk, A.A. Raman spectra of copper-doped lithium niobate crystals as a function of excitation wavelength / A.A. Kruk, N.V. Sidorov, A.A. Yanichev et al.// Journal of Applied Spectroscopy. - 2014. - V. 81. - I. 1. - P. 1-6. doi: 10.1007/s10812-014-9878-9.
  14. Sidorov, N.V. Photorefractive properties of lithium niobate single crystals doped with copper / N.V. Sidorov, A.A. Yanichev, A.A. Gabain et al. // Journal of Applied Spectroscopy. - 2013. - V. 80. - I. 2. - P. 226-231. doi: 10.1007/s10812-013-9750-3.
  15. Abrahams, S.C. Ferroelectric lithium niobate. Single crystal X-ray diffraction study at 24 °C / S.C. Abrahams, J.M. Reddy, J.L. Bernstein // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 1966. - V. 27. - I. 6-7. - P. 997- 1012. doi: 10.1016/0022-3697(66)90072-2.
  16. Li, C.-Y. Investigations on the spin-Hamiltonian parameters and local structure of the orthorhombic Cu2+ center in PbTiO3 crystal / C.-Y. Li, L-.B. Cheng, X.-M. Zheng // Acta Physica Polonica A. - 2015. - V. 127. - № 6. - P. 1671-1674. doi: 10.12693/APhysPolA.127.1671.
  17. Zhang, H.-M. Investigations on the EPR parameters and defect structures due to Jahn-Teller effect for the Cu2+ and Ni+ centers in LiNbO3 / H.-M. Zhang, W.-B. Xiao // Journal of Alloys and Compounds. - 2018. - V. 745. - P. 586-591. doi: 10.1016/j.jallcom.2018.02.209.
  18. Теплякова, Н.А. Особенности дефектной структуры монокристалла LiNbO3:Cu (0,015 мас.%) / Н.А. Теплякова, Н.В. Сидоров, М.Н. Палатников // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2023. - Вып. 15. - С. 215-222. doi: 10.26456/pcascnn/2023.15.215.
  19. Klauer, S. Influence of the H-D isotopic substitution on the protonic conductivity in LiNbO3 crystal / S. Klauer, M. Wöhlecke, S. Kapphan // Physical Review B. - 1992. - V. 45. - I. 6. - P. 2786-2799. doi: 10.1103/physrevb.45.2786.
  20. Shannon, R.D. Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides / R.D. Shannon // Acta Crystallographica Section A. - 1976. - V. 32. - I. 5. - P. 751-767. doi: 10.1107/S0567739476001551.
  21. Kuang, M.-Q. Theoretical studies on the local structure and spin Hamiltonian parameters for the orthorhombic Cu2+ center in LiNbO3 / M.-Q. Kuang, S.-Y. Wu, H.-M. Zhang // Optik. - 2012. - V. 123. - I. 18. - P. 1601-1604. doi: 10.1016/j.ijleo.2011.08.032.
  22. Tsuboi, T. Site symmetries of Cu2+ ions in LiNbO3 crystals / T. Tsuboi, M. Grinberg, S.M. Kaczmarek // Journal of Alloys and Compounds. - 2002. - V. 341. - I. 1-2. - P. 333-337. doi: 10.1016/S0925-8388(02)00032-4.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».